Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Đánh giá đa dạng di truyền một số mẫu giống lúa thu thập tại Lào về đặc điểm nông sinh học

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:87

Thêm vào BST

Báo xấu

104
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài nhằm nghiên cứu đa dạng di truyền, phân loại dưới loài để cung cấp thông tin về các mẫu giống thu thập nhằm phục vụ công tác chọn tạo giống, bảo tồn và khai thác sử dụng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Đánh giá đa dạng di truyền một số mẫu giống lúa thu thập tại Lào về đặc điểm nông sinh học

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------------------------- NGUYỄN THANH NHUNG ĐÁNH GIÁ ĐA DẠNG DI TRUYỀN MỘT SỐ MẪU GIỐNG LÚA THU THẬP TẠI LÀO VỀ ĐẶC ĐIỂM NÔNG SINH HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2014
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ------------------------------- NGUYỄN THANH NHUNG ĐÁNH GIÁ ĐA DẠNG DI TRUYỀN MỘT SỐ MẪU GIỐNG LÚA THU THẬP TẠI LÀO VỀ ĐẶC ĐIỂM NÔNG SINH HỌC Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm Mã số: 604230 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ HÙNG LĨNH TS. ĐỖ THỊ PHÚC Hà Nội – 2014
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đã trực tiếp thực hiện các nghiên cứu trong luận văn này. Mọi kết quả thu được nguyên bản, không chỉnh sửa hoặc sao chép từ các nghiên cứu khác. Các số liệu, sơ đồ kết quả của luận văn này chưa từng được công bố. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với những lời cam đoan trên! Học viên Nguyễn Thanh Nhung i
LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới TS. Lê Hùng Lĩnh và TS. Đỗ Thị Phúc, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và chỉ bảo và hỗ trợ tôi trong suốt quá trình công tác cũng như trong thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô và cán bộ công tác tại Khoa Sinh học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã giảng dạy và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập tại trường. Tôi xin chân thành cảm ơn các cán bộ, anh chị em trong Bộ môn Sinh học phân tử- Viện Di truyền Nông nghiệp đã giúp đỡ và động viên tôi trong quá trình công tác và thực hiện luận văn. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới gia đình, bạn bè và người thân đã động viên, khuyến khích giúp tôi vượt qua những khó khăn trong suốt quá trình nghiên cứu. Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Học viên Nguyễn Thanh Nhung ii
MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................. v DANH MỤC BẢNG .................................................................................................. vi DANH MỤC HÌNH ..................................................................................................vii MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ....................................................................................... 1 2. Mục tiêu và yêu cầu của đề tài ............................................................................. 2 2.1. Mục tiêu ........................................................................................................... 2 2.2. Yêu cầu ............................................................................................................ 2 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .............................................................. 3 3.1. Ý nghĩa khoa học .............................................................................................. 3 3.2. Ý nghĩa thực tiễn .............................................................................................. 3 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài ........................................................ 3 4.1. Đối tượng ......................................................................................................... 3 4.2. Phạm vi nghiên cứu .......................................................................................... 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI4 1.1. Giới thiệu chung về cây lúa ............................................................................. 4 1.1.1. Nguồn gốc, sự phân bố của cây lúa ............................................................... 4 1.1.2 . Phân loại lúa ................................................................................................. 5 1.2. Nghiên cứu đánh giá đa dạng di truyền cây lúa ................................................. 7 1.2.1. Vị trí và tầm quan trọng của đa dạng di truyền ............................................... 7 1.2.2. Nghiên cứu đa dạng di truyền lúa ở nước ngoài ............................................. 8 1.2.3. Nghiên cứu đa dạng di truyền lúa ở Việt Nam và Lào .................................. 11 1.2.4. Các phương pháp nghiên cứu đa dạng di truyền ........................................... 13 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................... 22 2.1. Vật liệu nghiên cứu ......................................................................................... 22 2.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 24 2.2.1. Bố trí thí nghiệm .......................................................................................... 24 iii
2.2.2. Các tính trạng theo dõi và đánh giá .............................................................. 24 2.2.3. Nghiên cứu đa dạng di truyền bằng chỉ thị ADN .......................................... 27 2.2.4. Phương pháp phân loại dưới loài.................................................................. 33 2.2.5. Phân tích và xử lý số liệu ............................................................................ 33 CHƯƠNG 3: KẾT QỦA VÀ THẢO LUẬN ....................................................... 35 3.1. Kết quả đánh giá một số đặc tính nông học của các mẫu giống lúa Lào. ........ 35 3.1.1. Đa dạng các tính trạng hình thái số lượng .................................................... 35 3.1.2. Đa dạng các tính trạng hình thái chất lượng ................................................. 45 3.2. Kết quả đánh giá đa dạng di truyền các mẫu giống lúa Lào bằng chỉ thị SSR 55 3.2.1. Tỷ lệ khuyết số liệu và dị hợp tử của các giống lúa nghiên cứu. ................... 55 3.2.2. Hệ số PIC, số alen thể hiện trên từng cặp mồi. ............................................. 57 3.2.3. Kết quả phân tích mối quan hệ di truyền của các mẫu giống lúa Lào............ 60 3.3. Kết quả phân loại dưới loài các mẫu giống lúa Lào ......................................... 61 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ........................................................... 64 4.1. Kết luận .......................................................................................................... 64 4.2. Đề nghị .......................................................................................................... 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 65 iv
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TĂT ADN Axit Deoxyribonucleic AFLP Amplified Fragment Length Polymorphism (Đa dạng chiều dài đoạn nhân bản) BT7 Bắc Thơm 7 cs. Cộng sự CTAB Cetyltrimethyl Amonium Bromide D/R Tỷ lệ dài/rộng hạt thóc ĐC Đối chứng IRRI International Rice Research Institute (Viện Nghiên cứu Lúa Quốc tế) Kb Kilo base KL Khối lượng NSLT Năng suất lý thuyết PCR Polymerase Chain Reaction (Phản ứng chuỗi polymerase) PIC Polymorphism Information Content - Chỉ số thông tin đa hình của mồi RAPD Random Amplified Polymorphic DNA (ADN đa hình được nhân bội ngẫu nhiên) RFLP Restriction Fragment Length Polymorphism (Đa dạng chiều dài đoạn giới hạn) RGA Resistance Gene Analog – Vùng tương đồng gen kháng SNPs Single nucleotide polymorphism - Đa hình của các nucleotit đơn SSR Simple Sequence Repeats (Sự lặp lại trình tự đơn giản) STS Sequence Tagged Site - Điểm trình tự được đánh dấu TBE Tris-Boric Acid-EDTA TE Tris-EDTA TGST Thời gian sinh trưởng TT Thứ tự v
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Phân loại chi Oryza................................................................................. 6 Bảng 2.1. Danh sách các mẫu giống lúa Lào dùng trong nghiên cứu ..................... 22 Bảng 2.2. Danh sách các chỉ thị SSR dùng trong nghiên cứu ................................. 73 Bảng 23. Thành phần các chất dùng cho mỗi phản ứng PCR với mồi SSR ........... 29 Bảng 2.4. Chương trình chạy của phản ứng PCR .................................................. 29 Bảng 3.1. Sự đa dạng các tính trạng hình thái số lượng của 33 mẫu giống lúa Lào vụ mùa 2012............................................................................................................... 35 Bảng 3.2. Các yếu tố cấu thành năng suất của 33 mẫu giống lúa thu thập tại Lào vụ mùa 2012............................................................................................................... 41 Bảng 3.3. Sự đa dạng kích thước hạt thóc của 33 mẫu giống lúa Lào ..................... 43 Bảng 3.4. Tần số biểu hiện các tính trạng hình thái chất lượng của thân ................ 46 Bảng 3.5. Tần số biểu hiện các tính trạng hình thái chất lượng của lá .................... 48 Bảng 3.6. Tần số biểu hiện các tính trạng hình thái chất lượng thìa lìa ................... 49 Bảng 3.7. Tần số biểu hiện các tính trạng hình thái chất lượng của bông ............... 50 Bảng 3.8. Tần số biểu hiện các tính trạng hình thái chất lượng hoa và hạt ............. 51 Bảng 3.9. Tỷ lệ khuyết số liệu và dị hợp tử của các giống lúa nghiên cứu .............. 55 Bảng 3.10. Chỉ tiêu số alen và chỉ số đa dạng di truyền PIC của các chỉ thị nghiên cứu ........................................................................................................................ 59 Bảng 3.11. Kết quả phân loại bằng dung dịch phenol của 33 mẫu giống lúa Lào và 2 giống đối chứng..................................................................................................... 62 vi
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ tiến hóa hai loài lúa trồng ............................................................... 5 Hình 2.1. Bản đồ những vùng thu thập mẫu giống lúa tại Lào ..................................... 22 Hình 3.1. Sự đa dạng chiều cao cây của 33 mẫu giống lúa Lào .............................. 37 Hình 3.2. Sự đa dạng khối lượng 1000 hạt của các mẫu giống lúa ......................... 40 Hình 3.3. Sự đa dạng các tính trạng hình thái về thân ............................................ 47 của các mẫu giống lúa nghiên cứu ......................................................................... 47 Hình 3.4. Đa dạng hình thái tính trạng chất lượng lá lúa của 33 mẫu giống lúa Lào47 Hình 3.5. Đa dạng tính trạng hình thái chất lượng thìa lìa của 33 mẫu giống lúa Lào50 Hình 3.6. Đa dạng hình thái chất lượng bông của 33 mẫu giống lúa Lào ............... 51 Hình 3.7: Kết quả điện di sản phẩm PCR với mồi RM110 .................................... 58 Hình 3.8: Kết quả điện di sản phẩm PCR với mồi RM18 ...................................... 58 Hình 3.9. Quan hệ di truyền của 33 giống lúa Lào và BT7 dựa trên 20 chỉ thị SSR 61 Hình 3.10. Phân loại dưới loài các mẫu giống lúa nghiên cứu ................................ 63 vii
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Nguồn tài nguyên di truyền thực vật đóng vai trò rất quan trọng đối với sản xuất nông nghiệp theo hướng đa dạng hóa, hiện đại hóa. Do sự khác biệt điều kiện tự nhiên mà mỗi nước có nguồn tài nguyên thực vật khác nhau. Trong xu thế hội nhập quốc tế, sự hợp tác chia sẻ thông tin kinh nghiệm và trao đổi nguồn gen đã và sẽ góp phần khai thác có hiệu quả tiềm năng nguồn gen bản địa cũng như nhập nội hoặc lai tạo được nhiều các giống mới, thúc đẩy phát triển sản xuất nông nghiệp của mỗi nước. Hợp tác khu vực và quốc tế trong lĩnh vực sử dụng hiệu quả và bền vững nguồn tài nguyên thực vật là thực sự cần thiết để góp phần thực hiện mục tiêu an ninh lương thực mà Hội thảo kỹ thuật quốc tế về tài nguyên di truyền thực vật lần thứ IV đã đề ra, nhằm phấn đấu giảm lượng dân số đói nghèo xuống còn một nửa vào năm 2015. Lúa (Oryza sativa L.) là cây lương thực quan trọng. Hàng năm, các quốc gia Châu Á tiêu thụ tới 90% sản lượng lúa gạo của thế giới. Cộng hào Dân chủ Nhân dân Lào là nước có nhiều giống lúa cổ truyền với nguồn gen phong phú có thể dùng để tạo ra những giống lúa cải tiến với những đặc tính mong muốn. Theo điều tra, đánh giá sơ bộ về tập đoàn lúa địa phương của Lào cho thấy đây là nguồn vật liệu quý phong phú về các tính trạng chất lượng, chống chịu sâu bệnh cũng như các điều kiện bất thuận của môi trường như chịu úng, chịu ngập, chịu mặn…Bên cạnh công tác thu thập và bảo tồn, công tác nghiên cứu đa dạng di truyền nguồn gen này có ý nghĩa rất quan trọng trong việc lưu giữ, bảo tồn nguồn gen lúa phục vụ công tác chọn giống. Nghiên cứu đa dạng di truyền dựa vào các tính trạng hình thái, nông học là phương pháp cổ điển nhưng hiện nay vẫn được sử dụng rộng rãi vì nó không đòi hỏi trang thiết bị đắt tiền, bố trí thí nghiệm phức tạp mà vẫn đảm bảo hiệu quả nhất định, giúp các nhà nghiên cứu có thể phân biệt các giống một cách nhanh chóng trên đồng ruộng [8]. 1
Ngày nay, với sự phát triển của Sinh học Phân tử, chỉ thị phân tử ADN được sử dụng rộng rãi trong việc đánh giá, bảo tồn và quản lý nguồn gen nói chung và công tác nghiên cứu đa dạng di truyền nói riêng. Các chỉ thị phân tử thường được sử dụng để nghiên cứu, xác định mối quan hệ di truyền của các cá thể trong cùng một loài hoặc giữa các loài là cơ sở cho việc phân loại dưới loài, phát hiện loài mới và mối quan hệ tiến hóa giữa loài [26]. Trong số các chỉ thị phân tử đánh giá đa dạng di truyền, chỉ thị SSR (Simple Sequence Repeats) hay còn gọi là chỉ thị vi vệ tinh có độ tin cậy và chính xác cao thường được sử dụng trong các nghiên cứu sâu ở mức độ phân tử đối với tất cả các đối tượng động thực vật. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn nêu trên, chúng tôi thực hiện đề tài: “Đánh giá đa dạng di truyền một số mẫu giống lúa thu thập tại Lào về đặc điểm nông sinh học ” 2. Mục tiêu và yêu cầu của đề tài 2.1. Mục tiêu Nghiên cứu đa dạng di truyền, phân loại dưới loài để cung cấp thông tin về các mẫu giống thu thập nhằm phục vụ công tác chọn tạo giống, bảo tồn và khai thác sử dụng. 2.2. Yêu cầu - Đánh giá được một số đặc điểm nông sinh học, năng suất và yếu tố cấu thành năng suất của các mẫu giống lúa Lào nghiên cứu. - Xác định được mối tương quan di truyền giữa các mẫu giống lúa Lào nghiên cứu bằng chỉ thị SSR. - Phân loại dưới loài các mẫu giống nghiên cứu phục vụ cho quá trình chọn tạo giống. 2
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3.1. Ý nghĩa khoa học Đề tài kết hợp đánh giá các tính trạng hình thái nông học với chỉ thị phân tử để nghiên cứu đa dạng di truyền. Kết quả của đề tài góp phần tạo cơ sở khoa học để xây dựng phương pháp đánh giá đa dạng di truyền và phân loại các mẫu giống lúa Lào nói riêng và tài nguyên cây lúa nói chung. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả của đề tài có ý nghĩa trong việc xây dựng cơ sở dữ liệu ở mức độ hình thái và phân tử phục vụ cho công tác bảo tồn, khai thác và sử dụng nguồn gen lúa của Lào. Những chỉ thị có hệ số đa dạng gen cao sẽ rất có ích cho các phân tích đa dạng di truyền, lập bản đồ liên kết và nghiên cứu mối quan hệ về nguồn gốc phát sinh của các giống lúa Từ các kết quả nghiên cứu giới thiệu một số giống lúa Lào có các tính trạng tốt về năng suất, hình thái có khả năng thích ứng trong điều kiện trồng tại Việt Nam. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 4.1. Đối tượng 33 mẫu giống lúa thu thập tại các vùng sinh thái khác nhau của Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào. 4.2. Phạm vi nghiên cứu Đề tài nghiên cứu này nằm trong đề tài: “Hợp tác nghiên cứu phát triển nguồn gen lúa bản địa với Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào” thuộc chương trình Hợp tác theo Nghị định thư của Bộ Khoa học và Công nghệ thực hiện từ 2010 – 2012. 3
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Giới thiệu chung về cây lúa 1.1.1. Nguồn gốc, sự phân bố của cây lúa Tổ tiên của cây lúa đã tồn tại từ đầu kỷ Phấn trắng. Vào giữa thế kỷ này, xuất hiện một loại nguyên thủy nhất thuộc tộc Oryzae, đó là loại Streptochasta Schard. Đến cuối kỷ Phấn trắng xuất hiện loài tre (Bambusta) và loài lúa Oryza. Một số loài khác xuất hiện muộn hơn vào kỷ thứ 3, thời kỳ phát triển mạnh nhất của họ hòa thảo (Gramineae). Các loài lúa Oryza spp có cùng tổ tiên chung vào thời kỳ địa cầu Gondwanaland, sau khi trái đất tách rời thành năm lục địa [7]. Tác giả Chang (1985) cho rằng lúa trồng Oryza sativa được tiến hóa từ cây lúa dại Oryza nivara. Do thích ứng với khí hậu, đặc biệt là điều kiện nhiệt độ lúa Oryza sativa lại tiếp tục chia thành ba nhóm: Indica thích hợp với khí hậu nhiệt đới, Japonica thích hợp với khí hậu lạnh, Javanica có đặc tính trung gian [29]. Cheng (2003) khi nghiên cứu di truyền tiến hóa của 101 giống lúa, bao gồm cả lúa trồng và lúa dại cho thấy loài lúa trồng Oryza sativa chia thành hai nhóm tương ứng với loài phụ là Indica và Japonica. Trong khi đó Oryza rufipogon chia thành bốn nhóm là Oryza rufipogon hàng niên và ba nhóm Oryza rufipogon đa niên. Kết quả cho thấy các giống lúa Japonica có quan hệ gần gũi với một nhóm Oryza rufipogon đa niên, còn các giống còn lại có quan hệ với nhóm lúa Oryza rufipogon hàng niên [33]. Nhiều chuyên gia lúa gạo đồng ý rằng lúa Glaberrima và lúa Sativa có cùng chung nguồn thủy tổ vào thời kỳ lục địa nguyên thủy, nhưng sau khi các lục địa tách rời nhau, lúa Sativa và Glaberrima tiến hóa từ các loài lúa dại bản địa ở hai châu lục là châu Á và châu Phi [44]. 4
Tổ tiên chung Nam và Đông Nam Á Tây châu Phi Lúa dại đa niên O. rufipogon O. longistamina Lúa dại hàng niên O. nivara O. breviligutala O. sativa indica O. sativa japonica O. glaberrima Hình 1.1. Sơ đồ tiến hóa hai loài lúa trồng 1.1.2 . Phân loại lúa Cây lúa thuộc họ Poaceae, trước đây gọi là họ Hòa thảo (Gramineae), họ phụ Pryzoidea, tộc Oryzae, chi Oryza, loài Oryza sativa và Oryza glaberrima. Morinaga là người đầu tiên đã sử dụng kỹ thuật phân tích genome để định danh các loài lúa dại. Công trình nghiên cứu dựa trên cơ sở khoa học này đã giúp phân tích các loài lúa chính xác hơn [6]. Hội nghị di truyền lúa Quốc tế họp tại Viện Nghiên cứu lúa Quốc tế năm 1963 chia chi Oryza thành 19 loài. Căn cứ trên các phát kiến mới về tế bào học và di truyền cây lúa, năm 1967 Hội nghị Di truyền lúa Quốc tế khẳng định chi Oryza có 22 loài trong đó có 22 loài lúa dại và hai loài lúa trồng [30]. Danh sách loài, số lượng nhiễm sắc thể, bộ gen của từng loài được trình bày ở bảng 1.1. Sau này Vaughan (1994) phát hiện thêm một loài lúa dại mới ở Papua New Ginea là loài Oryza rhizomatis, đưa số loài của chi Oryza lên thành 23 loài và chia thành 6 nhóm genome [65]. 5
Ngày nay, các nhà phân loại học đều nhất trí là chi Oryza có 23 loài trong đó 21 loài hoang dại và hai loài lúa trồng là Oryza sativa và Oryza glaberrima thuộc loài nhị bội 2n = 24 có bộ gen AA. Loài Oryza glaberrima phân bố chủ yếu ở Tây và Trung Phi còn loài Oryza sativa được gieo trồng khắp thế giới và phân chia thành hai loài phụ là Japonica và Indica [6]. Bảng 1.1. Phân loại chi Oryza Phức hệ Tên khác NST Hệ gen I. Phức hệ O. sativa 1. O. sativa L 24 AA 2. O. nivara Shama et Shastry O. rufipogon 24 AA 3. O. rufipogon Griff O. perennis 24 AA 4. O. glaberrima Steud AA 5. O. barthii A.Chev O. breviligutala 24 AA 6. O. longistaminata Chev. Et O. barthii 24 AA 7. O. meridionalis AA II. Phức hệ O. officinalis Ng O. latifola 8. O. officinalis Wall ex Watt O .minuta 24 CC 9. O.minuta Presl et Presl 48 BBCC 10. O.rhizomatis Vaughan 24 CC 11. O. eichigeni Peter 24 CC 12. O. panctata Kotschy ex Steud 24, 48 BB, BBCC 13. O. latifolia Desv 48 CCDD 14. O. alta Swallen 48 CCDD 15.O. grandilumis Prod 48 CCDD 16. O. australiensis Domin 24 EE 17. O. brachyantha Chev.et Roehr 24 FF 18. O.schlechteri Pilger 48 Chưa rõ III. Phức hệ O.ridleyi 19. O.ridleyi Hook.f 48 Chưa rõ 20. O.longilumis Jansen 48 Chưa rõ 6
IV Phức hệ O.meyeriana 24 Chưa rõ 21. O. meyeriana Baill 22. O. granulata Nees et Am.ex 1.2. Nghiên cứu đánh giá đa dạng di truyền cây lúa 1.2.1. Vị trí và tầm quan trọng của đa dạng di truyền Đa dạng di truyền là biểu hiện sự đa dạng của các biến dị có thể di truyền trong một loài, một quần xã hoặc giữa các loài, các quần xã. Xét cho cùng, đa dạng di truyền chính là sự biến dị của sự tổ hợp trình tự của bốn cặp bazơ cơ bản, thành phần axít nucleic, tạo thành mã di truyền [3]. Đa dạng di truyền là cơ sở cho việc tuyển chọn lai tạo những giống, loài mới; đa dạng về loài thường là đối tượng khai thác phục vụ mục đích kinh tế; đa dạng về hệ sinh thái có chức năng bảo vệ môi trường sống; đồng thời các hệ sinh thái được duy trì và bảo vệ chính là nhờ sự tồn tại của các quần thể loài sống trong đó. Phần đa dạng sinh học do con người khai thác sử dụng gọi là đa dạng sinh học nông nghiệp [20]. Giá trị của đa dạng di truyền thể hiện ở ba mặt chính [35]: Giá trị ổn định: Đa dạng di truyền tạo ra sự ổn định cho các hệ thống nông nghiệp ở quy mô toàn cầu, Quốc gia và địa phương. Sự thiệt hại của một giống cây trồng cụ thể được bù đắp bằng năng suất của các giống hoặc cây trồng khác. Giá trị lựa chọn: Đa dạng di truyền tạo ra bảo hiểm sinh học cần thiết chống lại những thay đổi bất lợi của môi trường do việc tạo ra những tính trạng hữu ích như tính kháng sâu bệnh hay tính thích nghi. Giá trị của đa dạng di truyền được thể hiện thông qua việc sử dụng và khai thác các tính trạng quý, hiếm của tài nguyên di truyền thực vật như tính chống chịu, năng suất, chất lượng và khả năng thích nghi. Năm 1946, giống lúa mỳ lùn Nhật Bản Norin 10 được nhập vào Mỹ và đã góp phần quan trọng trong cải tạo giống và tăng năng suất lúa mỳ. Các giống lúa trồng 7
có nguồn gốc Đông Bắc Ấn Độ được sử dụng là nguồn kháng sâu, bệnh cho các vùng khác nhau trên thế giới. Những tính trạng này đã góp phần tăng sản lượng lúa bình quân của châu Á lên 30% giữa những năm 1981 và 1986 [35]. Giá trị khai thác: Đa dạng di truyền được xem là kho dự trữ tiềm năng các tài nguyên chưa biết đến. Đây cũng là lý do cần phải duy trì cả các hệ sinh thái hoang dã lẫn các hệ thống nông nghiệp truyền thống. 1.2.2. Nghiên cứu đa dạng di truyền lúa ở nước ngoài Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ sinh học cùng với sự ra đời của nhiều loại chỉ thị chỉ thị cũng như số lượng của mỗi loại chỉ thị đã làm tăng hiệu quả trong quá trình đánh giá, bảo tồn, khai thác và sử dụng trong với mục đích khác nhau. Chỉ thị ADN được ứng dụng hiệu quả trong nghiên cứu di truyền thực vật mà phân tích đa dạng di truyền, xác định các locus kiểm soát các tính trạng, hay chọn giống phân tử là các lĩnh vực được triển khai hiệu quả. Virk và cs.(1995) nghiên cứu 12 giống lúa trồng châu Á đại diện cho các vùng sinh thái, địa lý khác nhau bằng chỉ thị RAPD. Kết quả cho thấy 18 trong số 24 mồi cho 83 băng, trong đó có 48 băng đa hình. Số lượng băng đa hình xuất hiện từ 1-5 băng/ mồi, các băng nằm trong khoảng 300-2700bp [67]. Olufowote (1997) nghiên cứu biến động di truyền trong giống của 171 giống lúa bằng cả hai loại chỉ thị SSR và RFLP. Kết quả cho thấy các giống lúa địa phương có mức độ đa dạng, hỗn tạp và dị hợp tử cao hơn các giống lúa cải tiến. Cả hai phương pháp đều cho thấy số lượng các alen ở các giống lúa địa phương cao hơn hẳn các giống lúa cải tiến. Chỉ thị SSR có khả năng phân biệt các cá thể có quan hệ di truyền gần gũi, đồng thời số lượng alen cao hơn chỉ thị RFLP[58]. Tác giả Yu và cs. (2003) đã sử dụng 101 chỉ thị SSR để đánh giá đa dạng 193 giống lúa từ 26 nước trên thế giới. Khoảng cách di truyền từ 0,13-0,88, trung bình là 0,68. Số alen/locus từ 2-11, trung bình 6,3/locus. Kết quả phân tích nhóm đã phân 193 giống thành 3 nhóm chính và 9 phân nhóm. Nhóm I là các giống lúa 8
Indica, nhóm II và III thuộc loài phụ Japonica . Các locus thuộc nhiễm sắc thể 9, 12 phân biệt rõ nhất sự khác nhau giữa Indica và Japonica [61]. Tác giả Xu (2004) sử dụng 113 chỉ thị RFLP và 60 chỉ thị SSR để định lượng đa dạng alen của 125 giống lúa thu được từ các bang miền Tây và miền Nam nước Mỹ và 111 giống từ tập đoàn lúa Quốc tế IRRI. Các tác giả nhận thấy cơ sở di truyền các giống lúa hiện nay có ở Mỹ hẹp hơn nhiều so với các giống từ tập đoàn lúa Quốc tế (56% SSR alen so với 96%, và 92 RFLP so với 99%). 31 trong số 236 giống lúa có số lượng các alen cao (chiếm 95% số alen của RFLP và 74% số alen của SSR) có thể sử dụng làm tập đoàn hạt nhân. Kết quả cho thấy chỉ thị SSR sử dụng hữu hiệu hơn RFLP cả về khả năng phát hiện các alen lẫn chi phí và kỹ thuật[69]. Lu H. và cs. (2005) đã phân tích cấu trúc của quần thể lúa ở Mỹ với 115 giống lúa trồng ở Mỹ và 30 giống lúa châu Á bằng 169 chỉ thị SSR. Kết quả thu được 870 alen, trung bình 5,15 alen/locus. Tần số alen hiếm rất cao, lên đến 50%, trong khi đó tần số alen phổ biến chỉ chiếm 24-26% trong số 870 alen. Hệ số đa dạng PIC đạt khá cao, 0,80. Kết quả phân nhóm cho thấy, 115 giống lúa đã phân thành ba nhóm: Japonica ôn đới với đặc điểm hạt ngắn, Japonica nhiệt đới có đặc điểm hạt trung bình và Japonica nhiệt đới hạt dài. Các giống lúa Indica đại diện cho các giống lúa truyền thống thì phân chia thành các nhóm riêng [46]. Victoria và cs.(2007) nghiên cứu đa dạng trên 24 giống lúa ở Philippine có chất lượng tốt bằng 164 chỉ thị SSR. Trong số 164 chỉ thị SSR có 151 chỉ thị cho đa hình với tổng số alen thu được là 890, trung bình 5,89alen/locus. Trong đó có 89 chỉ thị cho 147 alen hiếm. Hệ số đa dạng di truyền PIC từ 0,18-0,91, đạt trung bình 0,68/chỉ thị. Theo kết quả phân tích UPGMA, 24 giống lúa chia thành ba nhóm ở độ tương đồng 40%. Nhóm 1 gồm 8 giống Japonica, nhóm 2 và 3 là các giống lúa Indica. Trong nghiên cứu này cũng chỉ ra rằng việc sử dụng chỉ thị SSR rất hiệu quả trong phân nhóm các loài phụ. Nghiên cứu này cũng chỉ ra rằng, những giống lúa có chất lượng tốt thì thường có khoảng cách di truyền cao 9
hơn và vì thế rất chúng là nguồn vật liệu cho công tác chọn giống [66]. Giarrocco và cs. (2009 ) đã nghiên cứu đa dạng di truyền 69 giống lúa của Argentina bằng 26 chỉ thị SSR. Kết quả thu được là 219 alen . 60 giống lúa phân thành 3 nhóm Indica, Japonica, Japonica nhiệt đới với độ tương đồng di truyền từ 0,12-0,96.[36] Nghiên cứu của Malik và cs. (2008) về đa dạng di truyền của 40 giống lúa bao gồm 10 giống lúa địa phương của Pakistan, 28 giống lúa cải tiến, 2 giống lúa Nhật Bản bằng 25 chỉ thị RAPD. Kết quả thu được 208 băng, số băng đa hình là 189, chiếm 89,4%. Kích thước các băng từ 200-400bp. Độ tương đồng di truyền của các giống lúa là 0,5-0,96. Dựa trên cơ sở phân nhóm UPGMA, 40 giống lúa đã phân thành 3 nhóm : nhóm lúa thơm, lúa không thơm và Japonica [47]. S.C Wong và cs. (2009) đã sử dụng 12 chỉ thị SSR để đánh giá đa dạng của 8 giống lúa Bario của Malaysia. Kết quả đánh giá hệ số đa dạng di truyền PIC là 0,54, trung bình 2,6 alen/locus. Hệ số tương đồng di truyền trong 8 giống lúa dao động từ 0,16-0,92 [62] Michael J.T và cs.(2010) đánh giá đa dạng các giống lúa của Indonesia bao gồm 246 giống lúa truyền thống, 63 giống lúa cải tiến bằng 30 chỉ thị SSR. Tổng số alen thu được trong nghiên cứu là 394 alen, trung bình 13 alen/locus. Hệ số đa dạng gen đạt được là 0,66, tần số alen phổ biến từ 21-73%. Kết quả các giống lúa nghiên cứu chia thành hai nhóm lớn: nhóm Indica và Japonica nhiệt đới [49]. Nghiên cứu đa dạng di truyền của 53 giống lúa địa phương của vùng Sarawak- Malaysia của Lee và cs (2011) với 12 chỉ thị nằm trên 12 nhiễm sắc thể . Tổng số alen thu được 43 alen, trung bình 3.58 alen/locus. Hệ số đa dạng di truyền cũng đạt giá trị cao, từ 0,306-0,730. Kết quả 53 giống phân thành 6 nhóm với hệ số tương đồng từ 0,24-1 [50]. 10
Jingguo Wang và cs (2013) đánh giá 288 giống lúa bản địa vùng Đông bắc á bằng 154 chỉ thị SSR. Kết quả đánh giá hệ số đa dạng di truyền dao động từ 0,060- 0,856, trung bình 5,344 alen/locus. Hệ số tương đồng di truyền trong 288 giống lúa dao động từ 0,061-0,869 [42]. 1.2.3. Nghiên cứu đa dạng di truyền lúa ở Việt Nam và Lào Việt Nam được coi là một trong những trung tâm khởi nguyên của cây lúa, từ xưa, nhân dân ta đã biết mô tả hình thái các giống lúa và thời vụ gieo trồng. Lê Quý Đôn đã mô tả tỉ mỉ và có nhận xét về tính cứng cây, chống đổ và chiều cao cây, nhất là đối với những giống lúa chiêm “Lúa Sài Đường, chiêm Di cây nhỏ mà yếu, dễ đổ; lúa Tám trâu, lúa Bồ lộ, lúa Thạch, lúa Màng hai, lúa Bột cây cứng thẳng; đặc biệt lúa chiêm vàng và lúa Đăng sơn, cây cứng cao, bị mưa gió không đổ” [4]. Nghiên cứu đa dạng di truyền và phân loại một cách hệ thống lúa trồng ở Việt Nam đã và đang đánh giá đa dạng tài nguyên lúa nước ta. Theo Trần Văn Minh (2004) [9] các giống lúa thuộc loài phụ Japonica có hạt ngắn, lá ngắn màu đậm và cứng, không có râu đầu hạt thóc, bông ít phân nhánh, độ đóng hạt dày. Tác giả Lưu Ngọc Trình (2006) [22], trong tổng số 6.083 giống lúa đang bảo quản tại Ngân hàng gen cây trồng Quốc gia, Trung tâm Tài nguyên thực vật đã tiến hành đánh giá đầy đủ 60 tính trạng hình thái nông học của 1.819 giống, đánh giá 40 - 50 tính trạng của 1.385 giống và từ 20 - 30 tính trạng của 2.066 giống. Lưu Ngọc Trình (1995) [21] sử dụng chỉ thị phân tử để nghiên cứu đa dạng di truyền của 643 giống lúa, trong đó có 464 giống từ miền Bắc Việt Nam. Kết quả đánh giá 454 giống lúa có nguồn gốc miền Bắc Việt Nam thì có 412 giống (89%) thuộc nhóm lúa Indica, 44 giống (9,5%) thuộc nhóm lúa Japonica và 8 giống (1,5%) không phân loại được. Nguyễn Đức Thành và cs, (1999) [16] đã sử dụng 10 mồi RAPD, 50 cặp mồi SSR và 15 cặp mồi AFLP để nghiên cứu 72 giống lúa nương. Kết quả cho thấy các giống lúa nương có đa dạng di truyền cao và là nguồn vật liệu tốt cho công tác chọn giống. Phạm Trung Nghĩa và ctv (1999) [59] khi so sánh phương pháp phân tích khoảng cách di truyền bằng chỉ thị RAPD và phương pháp phân tích khoảng cách di 11